論文の概要: Electron beam driven collective self hybridized exciton polaritons
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.07164v1
- Date: Mon, 07 Sep 2026 07:58:21 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-09-12 01:18:08.970556
- Title: Electron beam driven collective self hybridized exciton polaritons
- Title（参考訳）: 電子ビーム駆動型自己ハイブリダイゼーション励起子偏光子
- Abstract要約: 層状半導体における自己ハイブリッド励起子分極は、ナノスケールでの光-物質相互作用を制御する汎用的なプラットフォームを提供する。
ここでは、ラッドレスデン-ポッパーペロブスカイトフレークの光および電子ビーム励起下での自己ハイブリダイド励起子偏光子の比較を行う。
その結果,カソードルミネッセンスは光ルミネッセンスよりも極性レベル反発が著しく大きく,電子ビーム励起下での有効結合強度が向上していることが判明した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.46843765915430247
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Self-hybridized exciton polaritons in layered semiconductors emerge from the hybridization of excitonic resonances with confined photonic modes in films and provide a versatile platform for controlling light--matter interactions at the nanoscale. Yet, the nature of exciton--photon interactions and the collective and synchronous strong coupling of multiple excitons to the same photonic mode remain largely unexplored. Here, we use complementary momentum-resolved photoluminescence and cathodoluminescence spectroscopy to compare self-hybridized exciton polaritons in Ruddlesden--Popper perovskite flakes under optical and electron-beam excitation. We find that cathodoluminescence exhibits remarkably larger polaritonic level repulsion than photoluminescence, revealing an enhanced effective coupling strength under electron-beam excitation. We attribute this enhancement to the collective coherent excitation of multiple excitons by fast electrons, which couple to the same photonic mode and increase the interaction strength according to a $g_N=g_1\sqrt{N}$ scaling, with an effective number of up to $N\approx23$ coherently coupled excitonic oscillators. By reducing the electron kinetic energy, we further uncover a crossover to a partially incoherent excitation regime in which higher-order Fabry--Pérot exciton-polariton resonances disappear, leaving only the lowest polariton branches while coherent transition radiation persists. This transition arises because low-energy electrons excite excitons over extended spatial volumes, washing out the phase coherence required to sustain collective coupling and form polaritonic resonances. Our work shows that electron beams can actively modify collective light--matter coupling in layered semiconductors and establishes cathodoluminescence as a route to access excitation regimes beyond all-optical excitation schemes.
- Abstract（参考訳）: 層状半導体における自己ハイブリダイド励起子偏光子は、励起子共鳴と閉じ込められたフォトニックモードとのハイブリッド化から出現し、ナノスケールでの光-物質相互作用を制御するための汎用的なプラットフォームを提供する。しかし、励起子-光子相互作用の性質と、同じフォトニックモードに対する複数の励起子の集合的および同期的結合は、まだほとんど解明されていない。
ここでは、光および電子ビーム励起下でのラッドレスデン-ポッパーペロブスカイトフレークの自己ハイブリド化励起子偏光子を比較するために、相補的な運動量分解フォトルミネッセンスとカソードルミネッセンス分光法を用いる。
その結果,カソードルミネッセンスは光ルミネッセンスよりも極性レベル反発が著しく大きく,電子ビーム励起下での有効結合強度が向上していることが判明した。
高速電子による多重励起子の集合的コヒーレント励起は、同じフォトニックモードに結合し、$g_N=g_1\sqrt{N}$スケールに従って相互作用強度を増大させ、有効数は最大$N\approx23$コヒーレント結合励起振動子である。
電子の運動エネルギーを減少させることで、高次ファブリー-ペローエキシトン-ポラリトン共鳴が消え、コヒーレント遷移放射が持続する間に最低の偏光子枝のみが残る部分的非コヒーレント励起状態への交差を明らかにする。
この遷移は、低エネルギー電子が伸縮した空間体積で励起子を励起し、集合結合を保ち極性共鳴を形成するのに必要な位相コヒーレンスを洗い流すために生じる。
我々の研究は、電子ビームが層状半導体の集合的な光-物質結合を積極的に修正できることを示し、全光励起スキームを超えて励起状態にアクセスする経路としてカソードルミネッセンスを確立する。
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